Bu tür kompozitlerin özellikleri, büyük spesifik yüzey alanı ve polimerle şiddetli moleküllerarası etkileşim nedeniyle dolgu maddesinin konsantrasyonunda çok küçük bir değişiklik ile değişebilir. Günümüzde, çeşitli özelliklerde polimer nanokompozitler elde etmek ve incelemek için yeni yöntemler geliştirilmektedir.
Polimer matris nanokompozitler, polimer kompozitlerin özel
bir formudur; matris faz polimerik bir malzeme, matris içinde dağıtılmış ikinci
faz nano skala boyutlarda takviye fazdır.
Takviye faz hem kimyasal kompozisyon ve hem de bireysel elementlerin
morfolojileri yönünden farklı olabilir. Bunların ayırıcı özelliği konstitüent
elementlerin boyutudur (partikülatlar, levhalar, fiberler, v.s); boyut, 100
nm’nin altında olmalıdır. Dolgu (takviye) malzemesinin konsantrasyonundaki çok
az bir değişiklik, polimer matris nanokompozitlerin özelliklerinde değişmelere
neden olur; nedeni, dolgunun spesifik alanının büyük olması ve polimerle yopğun
moleküller arası etkileşimdir.
Takviye fazın çok çok küçük boyutlarda olması geleneksel
kompozitlere (mikrokompozitler) kıyasla nanokompozitlerin arayüz-hacim oranının
önemli derecede yüksek olmasını sağlar. Dolayısıyla malzemenin özelliklerinde
bozulma olmadan ikinci fazın hacim fraksiyonu azaltılabilir.
Polimer matris nanokompozitler ‘polimer matris-süreksiz takviyeli
(tabakasız) nanokompozitler; tabakalı takviyeli polimer nanokompozitler;
polimer-nanofiber / CNT nanokompozitler’ olarak gruplandırılabilir.
Polimer nanokompozitlerin (tabakalı malzemeler ve CNT’lü
malzemeler de dahil) hazırlanmasında uygulanan çok sayıda metot vardır. En çok
kullanılan yöntemler: İnterkalasyon, 1. polimer veya ön polimerin çözeltiden
interkalasyonu (Şekil-1), 2. in-situ interkalativ polimerizasyon (, 3. ergiyik
(melt) interkalasyon, 4. doğrudan karıştırma, 5. in-situ polimerizasyon, 6. templat
sentez, 7. sol jel prosesileridir (örneğin, sol-jel metoduyla poliimid/silika
hibridlerin sentezinde Şekil-2’deki gibi bir yol izlenebilir).
Ayrıca, iletken polimerler içinde nanodispersoidlerin
dağıtıldığı çeşitli metotlar da bulunmaktadır; örneğin, organik polimerlerde
inorganik yapı bloklarının yer aldığı malzemeler gibi.
CNT-takviyeli polimer nanokompozitler genellikle
PMNC’lerden farklı metotlarla
hazırlanır; örneğin doğrudan karıştırma, çözelti karıştırma, ergiyik
karıştırma, in-situ polimerizasyon gibi.
Polimer nanokompozitlerin, tabakalı malzemeler ve karbon
nanotüp (CNT) içeren ürünler de dahil, hazırlanmasında kullanılan metotlar ve
bunların uygulandığı sistemlere tipik örnekler Tabloda toplanmıştır.
Bazı Polimer Bazlı
Nanokompozit Sistemler ve
Proses Metotları |
||
Proses
|
Sistem
|
|
İnterkalasyon:
Çözeltiden polimer veya ön-polimerin interkalasyonu
|
PCL, PLA,
HDPE, PEO, PVA, PVP, PVA, v.s. ile kil (klay) veya tabakalı silikatlar
|
|
In-situ
interkalativ polimerizasyon
|
N6/PCL/PMMA
/PU/Epoksi ile Montmorillonat
|
|
Ergiyik
(melt) interkalasyon
|
PS/PEO/PP/
PVP, Clay-PVPH ile Montmorillonat
|
|
Doğrudan karıştırma:
Polimer ve partikülatların doğrudan karıştırılması;
In-situ polimerizasyon
|
PVA/Ag;
PMMA/Pd Poliester/TiO2; PET/CaCO3, Epoksi vinil
ester/Fe3O4; Epoksi vinil ester/γ-Fe2O3;
Poli(akrilik asit)(PAA)/Ag, PAA/Ni ve PAA/Cu; AgNO3, NiSO4
ve CuSO4
|
|
Template
(kalıp, şablon) sentez
|
PVPR, HPMC,
PAN, PDDA, PANI ile Hectorite
|
|
Sol-jel
prosesi
|
Poliimid/SiO2;
2-hidroksietil akrilat (HEA)/SiO2, poliimid/silika. PMMA/ SiO2,
polietilakrilat / SiO2, polikarbonat / SiO2 ve
poli(amid-imid)/TiO2
|
|
Polimer CNT Nanokompozit
Sistemler ve
Proses Metotları |
||
Proses
|
Sistem
|
|
Doğrudan
karıştırma
|
Termoset
reçineler
|
|
Çözelti
karıştırma
|
Termoplastik
reçineler (PS/Epoksi)
|
|
Ergiyi
karıştırma
|
Polimerler,
Naylon 6
|
|
In-situ
polimerizasyon
|
Polianilin-CNT,
MMA-CNT, Epoksi-CNT, Polieterester
|
|
Diğer
metotlar
|
PP-CNT,
PVK-SWCNT, iPP-SWCNT, PANi‑SWCNT
|
|
Şekil-1: Çözeltiden polimer veya ön-polimerin interkalasyonu
Şekil-2: Poliimid/silika hibrid üretimi sol-jel prosesi
